KR20030091663A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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KR20030091663A
KR20030091663A KR10-2003-0011623A KR20030011623A KR20030091663A KR 20030091663 A KR20030091663 A KR 20030091663A KR 20030011623 A KR20030011623 A KR 20030011623A KR 20030091663 A KR20030091663 A KR 20030091663A
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후지쯔 가부시끼가이샤
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Abstract

강유전체 캐패시터를 갖는 반도체 장치에 관한 것으로, 금속 배선과의 접속을 양호하게 행할 수 있는 하부 전극을 갖는 캐패시터를 구비하는 것을 목적으로 한다. 반도체 기판(1)의 상측에 형성된 제1 절연막(11)과, 제1 절연막(11) 위에 형성되면서 폭이 높이보다 큰 그레인의 티탄 산화물로 이루어지는 밀착층(12a)과, 밀착층(12a) 위에 형성된 귀금속을 포함하는 캐패시터 하부 전극(13a)과, 캐패시터 하부 전극(13a) 위에 형성된 강유전체 재료로 이루어지는 캐패시터 유전체막(14a)과, 캐패시터 유전체막(14a) 위에 형성된 캐패시터 상부 전극(15a)을 포함한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a ferroelectric capacitor, and has an object to provide a capacitor having a lower electrode capable of satisfactorily connecting metal wirings. On the first insulating film 11 formed on the upper side of the semiconductor substrate 1, the adhesion layer 12a formed of the titanium oxide of grain larger than the height formed on the first insulating film 11, and the adhesion layer 12a. A capacitor lower electrode 13a including a formed precious metal, a capacitor dielectric film 14a made of a ferroelectric material formed on the capacitor lower electrode 13a, and a capacitor upper electrode 15a formed on the capacitor dielectric film 14a. .

Description

반도체 장치 및 그 제조 방법{SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}Semiconductor device and manufacturing method therefor {SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강유전체 캐패시터를 갖는 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a ferroelectric capacitor and a method for manufacturing the same.

전원을 차단해도 정보를 기억할 수 있는 불휘발성 메모리로서, 플래시 메모리나 강유전체 메모리(FeRAM)가 알려져 있다.Flash memory and ferroelectric memory (FeRAM) are known as nonvolatile memories that can store information even when the power supply is turned off.

플래시 메모리는 절연 게이트형 전계 효과 트랜지스터(IGFET)의 게이트 절연막 내에 매립한 부유 게이트를 갖고, 기억 정보를 나타내는 전하를 부유 게이트에축적함으로써 정보를 기억한다. 정보의 기입, 소거에는 게이트 절연막을 통과하는 터널 전류를 흘릴 필요가 있어, 비교적 높은 전압을 필요로 한다.The flash memory has a floating gate embedded in a gate insulating film of an insulated gate type field effect transistor (IGFET), and stores information by accumulating charge representing the storage information on the floating gate. For writing and erasing information, it is necessary to flow a tunnel current through the gate insulating film, and a relatively high voltage is required.

FeRAM은 강유전체의 히스테리시스 특성을 이용하여 정보를 기억하는 강유전체 캐패시터를 갖는다. 강유전체 캐패시터에서 상부 전극과 하부 전극 사이에 형성되는 강유전체막은 상부 전극 및 하부 전극 사이에 인가하는 전압에 따라 분극을 발생시키고, 인가 전압을 제거해도 분극을 유지하는 자발 분극을 갖는다.FeRAM has a ferroelectric capacitor which stores information using the hysteresis characteristics of the ferroelectric. The ferroelectric film formed between the upper electrode and the lower electrode in the ferroelectric capacitor generates polarization according to the voltage applied between the upper electrode and the lower electrode, and has a spontaneous polarization that maintains the polarization even when the applied voltage is removed.

인가 전압의 극성을 반전시키면, 자발 분극의 극성도 반전한다. 이 자발 분극의 극성, 크기를 검출하면 정보를 읽어낼 수 있다. FeRAM은 플래시 메모리와 비교하여 저전압으로 동작하고, 전력 절약화로 고속의 기입이 가능하다는 이점이 있다.Inverting the polarity of the applied voltage also inverts the polarity of the spontaneous polarization. By detecting the polarity and magnitude of the spontaneous polarization, information can be read. FeRAM operates at a lower voltage than a flash memory, and has the advantage that high-speed writing is possible due to power saving.

FeRAM의 메모리 셀에 사용되는 캐패시터는 상면에 배선 컨택트 영역을 갖는 구조의 플래너형이 이용되고 있다.As the capacitor used for the FeRAM memory cell, a planar type structure having a wiring contact region on the upper surface is used.

플래너형의 강유전체 캐패시터는, 예를 들면 도 1의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같은 공정에 의해 형성된다.The planar ferroelectric capacitor is formed by, for example, a process as shown in Figs. 1A and 1B.

우선, 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(101)을 피복하는 층간 절연막(102) 위에 산화 금속막(103), 제1 금속막(104), 강유전체막(105), 제2 금속막(106)을 형성한다. 이어서, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 제2 금속막(106)을 패터닝함으로써 캐패시터 상부 전극(106a)으로 이루어지며, 또한 강유전체막(105)을 패터닝함으로써 캐패시터 유전체막(105a)으로 이루어진다. 또한, 제1 금속막(104) 및 산화 금속막(103)을 패터닝함으로써 제1 금속막(104)을 캐패시터하부 전극(104a)으로 한다.First, as shown in FIG. 1A, the metal oxide film 103, the first metal film 104, the ferroelectric film 105, and the first oxide film are formed on the interlayer insulating film 102 covering the silicon substrate 101. 2 metal film 106 is formed. Subsequently, as shown in FIG. 1B, the second metal film 106 is patterned to form the capacitor upper electrode 106a, and the ferroelectric film 105 is patterned to form the capacitor dielectric film 105a. Is done. In addition, by patterning the first metal film 104 and the metal oxide film 103, the first metal film 104 is used as the capacitor lower electrode 104a.

그런데, 일본 특개평10-22463호 공보에는, 산화 금속막(103)으로서 산화 티탄막을 형성하고, 제1 금속막(104)으로서 플래티늄, 플래티늄 합금, 이리듐, 산화이리듐 등의 금속막을 형성하고 있다. 그 문헌에는, 1 공정에 의해 산화 티탄막을 형성하는 방법으로서, 산소 도입 전자 빔 증착법, 산소 도입 RF 스퍼터링법, 산소 도입 DC 스퍼터링법을 예로 들 수 있다. 또한, 복수의 공정에서 산화 티탄막을 형성하는 방법으로서, DC 스퍼터링법, RF 스퍼터링법 또는 전자 빔 증착법으로 티탄막을 형성한 후에 그 티탄막의 일부를 산소 분위기 내에서 어닐링하여 부분 산화하는 방법이 기재되어 있다.In Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-22463, a titanium oxide film is formed as the metal oxide film 103, and a metal film such as platinum, platinum alloy, iridium, and iridium oxide is formed as the first metal film 104. As the method of forming a titanium oxide film by the process in that document, the oxygen introduction electron beam vapor deposition method, the oxygen introduction RF sputtering method, and the oxygen introduction DC sputtering method are mentioned as an example. Further, as a method of forming a titanium oxide film in a plurality of processes, a method of forming a titanium film by a DC sputtering method, an RF sputtering method, or an electron beam deposition method, and then partially oxidizing a part of the titanium film in an oxygen atmosphere by partial oxidation is described. .

그런데, 캐패시터 유전체막(105a)을 구성하는 강유전체막(105), 예를 들면 PZT 막의 자발 분극을 크게 하기 위해서는 하부 전극(104a)을 구성하는 플래티늄막의 <222>면 배향 강도를 크게 할 필요가 있다. 또한, 플래티늄막의 <222>면 배향 강도를 크게 하기 위해서는 산화 티탄막의 면 배향의 <200>면 배향 강도를 크게 할 필요가 있다.However, in order to increase the spontaneous polarization of the ferroelectric film 105 constituting the capacitor dielectric film 105a, for example, the PZT film, it is necessary to increase the surface orientation strength of the platinum film constituting the lower electrode 104a. . In order to increase the <222> plane orientation strength of the platinum film, it is necessary to increase the <200> plane orientation strength of the plane orientation of the titanium oxide film.

산화 티탄막의 <200>면의 배향 강도를 크게 하기 위해서는, 절연막 위에 티탄막을 형성한 후에, 산소 분위기 내에서 티탄막을 산화하여 산화 티탄막을 형성하는 것이 바람직하다.In order to increase the orientation strength of the <200> plane of the titanium oxide film, it is preferable to form a titanium oxide film by oxidizing the titanium film in an oxygen atmosphere after forming the titanium film on the insulating film.

그러나, 산화 분위기 내에 산소 가스만을 도입하여 티탄막을 산화하여 산화 티탄막을 형성하면, 산화 티탄막의 표면이 거칠어지며, 이에 따라 산화 티탄막 위의 플래티늄막의 표면도 거칠어질 우려가 있다.However, when only the oxygen gas is introduced into the oxidizing atmosphere to oxidize the titanium film to form the titanium oxide film, the surface of the titanium oxide film becomes rough, and thus the surface of the platinum film on the titanium oxide film may be rough.

하부 전극을 구성하는 플래티늄막의 표면의 거칠기가 커지면, 캐패시터 하부 전극과 인출 배선과의 접속에 불량이 발생할 우려가 있다. 예를 들면, 알루미늄으로 이루어지는 배선을 티탄 배리어 메탈막을 개재하여 하부 전극에 접속하는 구조에서는 캐패시터 하부 전극의 표면의 거칠지가 커지면, 알루미늄 배선과 플래티늄막이 반응하여 접속 불량이 발생하기 쉬워진다.If the surface roughness of the platinum film constituting the lower electrode becomes large, there is a fear that a defect may occur in the connection between the capacitor lower electrode and the lead wire. For example, in the structure in which the wiring made of aluminum is connected to the lower electrode via the titanium barrier metal film, when the roughness of the surface of the capacitor lower electrode becomes large, the aluminum wiring and the platinum film react with each other to easily cause connection failure.

본 발명의 목적은, 배선과의 접속을 양호하게 행할 수 있는 하부 전극을 갖는 캐패시터를 구비한 반도체 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a capacitor having a lower electrode capable of satisfactorily connecting wiring and a manufacturing method thereof.

도 1의 (a) 및 (b)는 종래의 캐패시터 형성 공정을 도시한 단면도.1 (a) and (b) are cross-sectional views showing a conventional capacitor forming process.

도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 공정을 도시한 단면도(그 1).2A and 2B are cross-sectional views (part 1) showing a manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 3의 (a)∼(c)는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 공정을 도시한 단면도(그 2).3 (a) to 3 (c) are cross-sectional views (part 2) showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

도 4의 (a)∼(c)는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 공정을 도시한 단면도(그 3).4 (a) to 4 (c) are cross-sectional views (part 3) showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

도 5의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 공정을 도시한 단면도(그 5).5A and 5B are sectional views (No. 5) showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치의 캐패시터 하부 전극의 밀착층을 구성하는 산화 티탄막의 형성 조건에 대한 XRD 패턴의 <200>면 배향 적분 강도와 <200>면 배향 반값 폭의 의존성을 도시한 도면.FIG. 6 shows the dependence of the <200> plane orientation integral intensity and the <200> plane orientation half-value width of the XRD pattern on the formation conditions of the titanium oxide film constituting the adhesion layer of the capacitor lower electrode of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. Figure shown.

도 7은 산소 유량비를 1%로 하여 티탄막을 산화하여 형성된 산화 티탄막을 도시한 도면.FIG. 7 shows a titanium oxide film formed by oxidizing a titanium film with an oxygen flow rate of 1%. FIG.

도 8은 산소 유량비를 100%로 하여 티탄막을 산화하여 형성된 산화 티탄막을도시한 도면.8 shows a titanium oxide film formed by oxidizing a titanium film at an oxygen flow rate of 100%.

도 9는 산소 유량비를 서로 다르게 하여 티탄막을 산화하여 형성된 산화 티탄막 위에 형성되는 플래티늄막의 XRD 패턴의 <222>면 배향 적분 강도를 도시한 도면.Fig. 9 is a view showing the integrating orientation strength of the XRD pattern of the platinum film formed on the titanium oxide film formed by oxidizing the titanium film with different oxygen flow ratios.

도 10은 캐패시터 하부 전극을 구성하는 Pt의 성막 온도와 FeRAM의 불량율의 관계를 도시한 도면.Fig. 10 is a graph showing the relationship between the film forming temperature of Pt constituting the capacitor lower electrode and the defective rate of FeRAM.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치의 캐패시터와 동일한 구조를 갖는 모니터용 캐패시터를 도시한 평면도.11 is a plan view showing a monitor capacitor having the same structure as the capacitor of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

도 12의 (a) 및 (b)는 도 11에 도시한 모니터용 캐패시터를 구성하는 플래티늄 하부 전극의 형성 조건의 상위에 따른 하부 전극 컨택트 영역의 열화의 유무를 도시한 평면도.12 (a) and 12 (b) are plan views showing the presence or absence of deterioration of the lower electrode contact region depending on the conditions for forming the platinum lower electrode constituting the monitor capacitor shown in FIG.

도 13은 기판 온도 550℃에서 형성된 플래티늄으로 이루어지는 캐패시터 하부 전극과 알루미늄 배선과의 접속 부분을 도시한 단면도.Fig. 13 is a sectional view showing a connection portion between a capacitor lower electrode made of platinum and aluminum wiring formed at a substrate temperature of 550 ° C.

도 14는 기판 온도 100℃로 형성된 플래티늄으로 이루어지는 캐패시터 하부 전극과 알루미늄 배선과의 접속 부분을 도시한 단면도.Fig. 14 is a sectional view showing a connection portion between a capacitor lower electrode made of platinum and an aluminum wiring formed at a substrate temperature of 100 ° C.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1 : 실리콘 기판1: silicon substrate

2 : 소자 분리 절연막2: device isolation insulating film

3a : p 웰3a: p well

3b : n 웰3b: n well

4 : 게이트 절연막4: gate insulating film

5a∼5c : 게이트 전극5a to 5c: gate electrode

6 : 측벽 절연막6: sidewall insulating film

7a, 7b : n형 불순물 확산 영역7a, 7b: n-type impurity diffusion region

8a, 8b : p형 불순물 확산 영역8a, 8b: p-type impurity diffusion region

11 : 층간 절연막11: interlayer insulation film

12 : Ti막12: Ti film

12a : TiOx12a: TiO x film

13 : 제1 도전막13: first conductive film

13a : 캐패시터 하부 전극13a: capacitor lower electrode

상기한 과제는 반도체 기판의 상방에 형성된 제1 절연막과, 상기 제1 절연막 위에 형성되면서 폭이 높이보다 큰 그레인의 티탄 산화물로 이루어지는 밀착층과, 상기 밀착층 위에 형성된 귀금속을 포함하는 캐패시터 하부 전극과, 상기 캐패시터 하부 전극 위에 형성된 강유전체 재료로 이루어지는 캐패시터 유전체막과, 상기 캐패시터 유전체막 위에 형성된 캐패시터 상부 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치에 의해 해결된다.The above object is a first insulating film formed on the upper surface of the semiconductor substrate, an adhesive layer formed on the first insulating film of a titanium oxide having a larger width than the height, a capacitor lower electrode comprising a noble metal formed on the adhesion layer and And a capacitor dielectric film made of a ferroelectric material formed on the capacitor lower electrode, and a capacitor upper electrode formed on the capacitor dielectric film.

상기한 과제는 반도체 기판의 상방에 제1 절연막을 형성하는 공정과, 상기 제1 절연막 위에 티탄막을 형성하는 공정과, 산소 가스 유량비를 50% 이하로 하여 도입한 분위기 내에서 상기 티탄막을 산화하여 산화 티탄막을 형성하는 공정과, 상기 산화 티탄막 위에 귀금속으로 이루어지는 제1 도전막을 형성하는 공정과, 상기 제1 도전막 위에 강유전체막을 형성하는 공정과, 상기 강유전체막 위에 제2 도전막을 형성하는 공정과, 상기 제2 도전막을 패터닝함으로써 캐패시터의 상부 전극을 형성하는 공정과, 상기 유전체막을 패터닝함으로써 상기 캐패시터의 유전체막을 형성하는 공정과, 상기 제1 도전막을 패터닝함으로써 상기 캐패시터의 하부 전극을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법에 의해 해결된다.The above object is to oxidize and oxidize the titanium film in a step of forming a first insulating film above the semiconductor substrate, a step of forming a titanium film on the first insulating film, and an atmosphere introduced with an oxygen gas flow rate of 50% or less. Forming a titanium film, forming a first conductive film made of a noble metal on the titanium oxide film, forming a ferroelectric film on the first conductive film, forming a second conductive film on the ferroelectric film, Forming an upper electrode of the capacitor by patterning the second conductive film; forming a dielectric film of the capacitor by patterning the dielectric film; and forming a lower electrode of the capacitor by patterning the first conductive film. It is solved by the manufacturing method of a semiconductor device characterized by the above-mentioned.

본 발명에 따르면, 캐패시터를 구성하는 귀금속으로 이루어지는 하부 전극과 그 아래의 절연막 사이에, 폭이 높이보다 큰 그레인의 티탄 산화물로 이루어지는 밀착층을 갖고 있다. 그와 같은 그레인 사이즈의 티탄 산화막은 산소 가스 유량비를 50% 이하, 바람직하게는 10% 이하로 하여 도입한 분위기 내에서 티탄막을 가열하면서 산화함으로써 형성된다.According to the present invention, there is provided an adhesion layer made of grained titanium oxide having a width larger than the height between the lower electrode made of the noble metal constituting the capacitor and the insulating film below it. Such grain size titanium oxide film is formed by oxidizing while heating a titanium film in the atmosphere introduce | transduced with the oxygen gas flow rate ratio below 50%, Preferably it is 10% or less.

그 티탄 산화막은, 산소 유량비 100%의 조건에서 티탄막을 산화하여 형성된 티탄 산화막과 비교하여, 그레인의 어스펙트비가 작아지고, 또한 <200>면의 배향 강도가 높아, 평탄성이 우수하다.Compared with the titanium oxide film formed by oxidizing a titanium film on the conditions of 100% of an oxygen flow ratio, this titanium oxide film has a small aspect ratio, and has high <200> plane orientation strength, and is excellent in flatness.

밀착층의 표면의 평탄성 향상에 수반하여, 그 위에 형성되는 하부 전극의 평탄성도 좋아지며, 하부 전극에 접속되는 배선과의 컨택트도 양호해진다. 또한, 밀착층의 <200>면 배향 강도가 높아질수록, 그 위에 형성되는 하부 전극용 금속막, 예를 들면 플래티늄막의 <222>면 배향 강도가 높아진다. 하부 전극의 <222>면의 배향 강도가 높아지면, 그 위에 형성되는 강유전체막의 막질도 향상한다.As the flatness of the surface of the adhesion layer is improved, the flatness of the lower electrode formed thereon is also improved, and the contact with the wiring connected to the lower electrode is also good. In addition, the higher the <200> plane orientation strength of the adhesion layer, the higher the <222> plane orientation strength of the lower electrode metal film formed thereon, for example, the platinum film. When the orientation strength of the <222> plane of the lower electrode is increased, the film quality of the ferroelectric film formed thereon is also improved.

또한, 캐패시터의 하부 전극을 플래티늄막으로 구성하는 경우에, 플래티늄막을 100℃ 이하의 온도에서 스퍼터링법에 의해 형성하고 있다. 이에 따라, 도전성기초막, 예를 들면 질화 티탄막을 개재하여 캐패시터 하부 전극에 알루미늄 배선을 접속하면, 그 컨택트 부분에는 알루미늄과 플래티늄의 반응 생성물이 거의 형성되지 않게 된다.In the case where the lower electrode of the capacitor is composed of a platinum film, the platinum film is formed by the sputtering method at a temperature of 100 ° C or lower. Accordingly, when the aluminum wiring is connected to the capacitor lower electrode via the conductive base film, for example, the titanium nitride film, almost no reaction product of aluminum and platinum is formed in the contact portion.

이하에 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the Example of this invention is described based on drawing.

도 2∼도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 기억 장치의 형성 공정을 도시한 단면도이다.2 to 5 are cross-sectional views illustrating a process of forming a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

우선, 도 2의 (a)에 도시한 단면 구조를 형성하기까지의 공정을 설명한다.First, the steps up to forming the cross-sectional structure shown in FIG. 2A will be described.

도 2의 (a)에서, p형 실리콘(반도체) 기판(1)의 표면에는 LOCOS(Local Oxidation of Silicon)법에 의해 소자 분리 절연막(2)이 형성된다. 또, 소자 분리 절연막(2)으로서, STI(Shallow Trench Isolation) 구조를 채용해도 된다.In Fig. 2A, the element isolation insulating film 2 is formed on the surface of the p-type silicon (semiconductor) substrate 1 by the LOCOS (Local Oxidation of Silicon) method. As the element isolation insulating film 2, a shallow trench isolation (STI) structure may be employed.

소자 분리 절연막(2)을 형성한 후에, 실리콘 기판(1)의 메모리 셀 영역 A와 주변 회로 영역 B에서의 소정의 활성 영역(트랜지스터 형성 영역)에 p형 불순물과 n형 불순물을 선택하여 도입함으로써, 메모리 셀 영역 A의 활성 영역에 p 웰(3a)을 형성하고, 주변 회로 영역 B의 활성 영역에 n 웰(3b)을 형성한다.After the element isolation insulating film 2 is formed, p-type impurities and n-type impurities are selected and introduced into predetermined active regions (transistor formation regions) in the memory cell region A and the peripheral circuit region B of the silicon substrate 1. The p well 3a is formed in the active region of the memory cell region A, and the n well 3b is formed in the active region of the peripheral circuit region B.

또, 도 2∼도 5에서 p 웰(3a)의 일부는 생략되어 도시되어 있다. 또한, 주변 회로 영역 B에서는 CMOS를 형성하기 때문에 p 웰(도시되지 않음)도 형성된다.In addition, a part of p well 3a is abbreviate | omitted in FIGS. In addition, since the CMOS is formed in the peripheral circuit region B, p wells (not shown) are also formed.

그 후, 실리콘 기판(1)의 표면을 열 산화하여, p 웰(3a)과 n 웰(3b)의 각 표면 위에서 게이트 절연막(4)으로서 사용되는 실리콘 산화막을 형성한다.Thereafter, the surface of the silicon substrate 1 is thermally oxidized to form a silicon oxide film used as the gate insulating film 4 on the surfaces of the p wells 3a and n wells 3b.

이어서, 소자 분리 절연막(2) 및 게이트 절연막(4) 위에 다결정 또는 비정질의 실리콘막과 텅스텐 실리사이드막을 순서대로 형성한다. 그리고, 실리콘막 및텅스텐 실리사이드막을 포토리소그래피법에 의해 소정의 형상으로 패터닝하여, p 웰(3a) 위에 게이트 전극(5a, 5b)을 형성하고, n 웰(3b) 위에 게이트 전극(5c)을 형성한다. 또, p 웰(3a) 위의 한쪽 게이트 전극(5b)은 일부가 생략되어 도시되어 있다.Subsequently, a polycrystalline or amorphous silicon film and a tungsten silicide film are sequentially formed on the device isolation insulating film 2 and the gate insulating film 4. Then, the silicon film and the tungsten silicide film are patterned by a photolithography method to form the gate electrodes 5a and 5b on the p well 3a and the gate electrodes 5c on the n well 3b. do. In addition, one gate electrode 5b on the p well 3a is partially omitted.

메모리 셀 영역 A에서는, p 웰(3a) 위에는 2개의 게이트 전극(5a, 5b)이 거의 평행하게 간격을 두고 형성되며, 이들 게이트 전극(5a, 5b)은 소자 분리 절연막(2) 위에 연장하여 워드선으로 된다.In the memory cell region A, two gate electrodes 5a and 5b are formed on the p well 3a at substantially parallel intervals, and these gate electrodes 5a and 5b extend over the device isolation insulating film 2 to form a word. It becomes a line.

이어서, 메모리 셀 영역 A의 p 웰(3a) 내의, 게이트 전극(5a, 5b) 양측에 n형 불순물을 이온 주입하여, n 채널 MOS 트랜지스터 T1, T2의 소스/드레인이 되는 제1, 제2 n형 불순물 확산 영역(7a, 7b) 및 제3 n형 불순물 확산 영역(도시되지 않음)을 형성한다. p 웰(3a) 중앙에 위치하는 제2 n형 불순물 확산 영역(7b)은 후술하는 비트선에 전기적으로 접속되고, 또한 p 웰(3a) 양측에 위치하는 제1 n형 불순물 확산 영역(7a)과 제3 n형 불순물 확산 영역(도시되지 않음)은 후술하는 캐패시터에 전기적으로 접속된다.Subsequently, an n-type impurity is ion-implanted in both sides of the gate electrodes 5a and 5b in the p well 3a of the memory cell region A to be the source / drain of the n-channel MOS transistors T 1 and T 2 . 2 n-type impurity diffusion regions 7a and 7b and a third n-type impurity diffusion region (not shown) are formed. The second n-type impurity diffusion region 7b located at the center of the p well 3a is electrically connected to a bit line described later, and the first n-type impurity diffusion region 7a located at both sides of the p well 3a. And the third n-type impurity diffusion region (not shown) are electrically connected to a capacitor described later.

계속해서, 주변 회로 영역 B의 n 웰(3b) 내의, 게이트 전극(5c) 양측에 p형 불순물을 이온 주입하여, p 채널 MOS 트랜지스터 T3소스/드레인으로 되는 제1, 제2 p형 불순물 확산 영역(8a, 8b)을 형성한다.Subsequently, first and second p-type impurity diffusions are ion-implanted into both sides of the gate electrode 5c in the n well 3b of the peripheral circuit region B to become a p-channel MOS transistor T 3 source / drain. The regions 8a and 8b are formed.

그 후에, 실리콘 기판(1), 소자 분리 절연막(2) 및 게이트 전극(5a, 5b, 5c) 위에 절연막을 형성한다. 그리고, 절연막을 에치백함으로써, 게이트 전극(5a∼5c)의 양측 부분에 측벽 절연막(6)으로서 남긴다. 그 절연막으로서, 예를 들면 CVD법에 의해 형성되는 산화 실리콘(SiO2)을 사용한다.After that, an insulating film is formed over the silicon substrate 1, the element isolation insulating film 2, and the gate electrodes 5a, 5b, 5c. By etching back the insulating film, the sidewall insulating film 6 remains on both sides of the gate electrodes 5a to 5c. As the insulating film, for example, silicon oxide (SiO 2 ) formed by the CVD method is used.

또한, p 웰(3a) 위의 게이트 전극(5a, 5b) 및 측벽 절연막(6)을 마스크로 하여, 제1, 제2 n형 불순물 확산 영역(7a, 7b) 및 제3 n형 불순물 확산 영역에 n형 불순물을 이온 주입함으로써 n형 불순물 확산 영역을 LDD 구조로 한다. 또한, n 웰(3b) 위의 게이트 전극(5c) 및 측벽 절연막(6)을 마스크로 하여 p형 불순물 확산 영역(8a, 8b)에 p형 불순물을 이온 주입함으로써 p형 불순물 확산 영역(8a, 8b)을 LDD 구조로 한다.Further, the first and second n-type impurity diffusion regions 7a and 7b and the third n-type impurity diffusion region are formed by using the gate electrodes 5a and 5b and the sidewall insulating film 6 on the p well 3a as a mask. The n-type impurity diffusion region is made into the LDD structure by ion implantation of n-type impurity into the. Further, p-type impurity diffusion regions 8a and 8b are ion-implanted into the p-type impurity diffusion regions 8a and 8b using the gate electrode 5c and the sidewall insulating film 6 on the n well 3b as masks. 8b) is an LDD structure.

또, 상기한 n형 불순물과 p형 불순물의 분리는 도시하지 않은 레지스트 패턴을 사용하여 행해진다.In addition, the above-mentioned separation of the n-type impurity and the p-type impurity is performed using a resist pattern (not shown).

이에 따라, 제1 및 제2 n형 불순물 확산 영역(7a, 7b)과 게이트 전극(5a)을 갖는 제1 nMOS 트랜지스터 T1의 형성과, 제2 n형 불순물 확산 영역(7b)과 제3 n형 불순물 확산 영역과 게이트 전극(5b)을 갖는 제2 nMOS 트랜지스터 T2의 형성이 종료하고, 또 제1 및 제2 p형 불순물 확산 영역(8a, 8b)과 게이트 전극(5c)을 갖는 pMOS 트랜지스터 T3의 형성이 종료한다.Accordingly, formation of the first nMOS transistor T 1 having the first and second n-type impurity diffusion regions 7a and 7b and the gate electrode 5a, and the second n-type impurity diffusion region 7b and the third n Formation of the second nMOS transistor T 2 having the type impurity diffusion region and the gate electrode 5b ends, and the pMOS transistor having the first and second p-type impurity diffusion regions 8a and 8b and the gate electrode 5c. Formation of T 3 ends.

그 후에, nMOS 트랜지스터 T1, T2및 pMOS 트랜지스터 T3을 피복하는 커버막(10)을 실리콘 기판(1) 위에 플라즈마 CVD법에 의해 형성한다. 커버막(10)으로 하여 예를 들면 산질화 실리콘(SiON)막을 형성한다.Thereafter, a cover film 10 covering the nMOS transistors T 1 , T 2, and pMOS transistor T 3 is formed on the silicon substrate 1 by plasma CVD. As the cover film 10, for example, a silicon oxynitride (SiON) film is formed.

이어서, TEOS 가스를 이용하는 플라즈마 CVD법에 의해, 산화 실리콘(SiO2)막을 약 1.0㎛의 두께로 성장하고, 이 산화 실리콘막을 제1 층간 절연막(11)으로서 사용한다.Subsequently, by a plasma CVD method using TEOS gas, a silicon oxide (SiO 2 ) film is grown to a thickness of about 1.0 μm, and the silicon oxide film is used as the first interlayer insulating film 11.

계속해서, 제1 층간 절연막(11)의 치밀화 처리로서, 상압의 질소 분위기 내에서 제1 층간 절연막(11)을 650℃의 온도로 30분간 열 처리한다. 그 후에, 제1 층간 절연막(11)의 상면을 화학 기계 연마(CMP ; Chemical Mechanical Polishing)법에 의해 연마하여 평탄화한다.Subsequently, as the densification treatment of the first interlayer insulating film 11, the first interlayer insulating film 11 is heat treated at a temperature of 650 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere at normal pressure. Thereafter, the upper surface of the first interlayer insulating film 11 is polished and planarized by a chemical mechanical polishing (CMP) method.

이어서, 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 제1 층간 절연막(11) 위에 스퍼터링법에 의해 티탄(Ti)막(12)을 50㎚ 이하, 예를 들면 20㎚ 정도의 두께로 형성한다. Ti 막(12)의 형성 공정에서는 실리콘 기판(1)을 실온∼150℃의 온도로 제어한다. 실온은 예를 들면 20℃이다.Next, as shown in FIG. 2B, the titanium (Ti) film 12 is formed to a thickness of about 50 nm or less, for example, about 20 nm by sputtering on the first interlayer insulating film 11. . In the formation process of the Ti film 12, the silicon substrate 1 is controlled at a temperature of room temperature to 150 deg. Room temperature is 20 degreeC, for example.

계속해서, 실리콘 기판(1)을 가열로 내에 반입한다. 그리고, 가열로(도시하지 않음) 내에 아르곤(Ar) 가스를 1980cc/min.의 조건으로 도입함과 함께, 산소(O2) 가스를 20cc/min. 의 조건으로 도입한다.Subsequently, the silicon substrate 1 is carried into the heating furnace. Then, the heating by the argon (Ar) gas into the (not shown) with the introduction in terms of 1980cc / min., 20cc / min oxygen (O 2) gas. It is introduced under the condition of.

그리고, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 가열로 내의 산소 함유 분위기 내에서 기판 온도 400∼1000℃, 예를 들면 700℃, 산화 시간 10∼120초, 예를 들면 20초 조건의 RTA(Rapid Thermal Annealing)에 의해, Ti 막(12)의 전체를 산화하여 산화 티탄(TiOx)막(12a)을 형성한다. 또, 가열로 내부는 상압으로 한다.As shown in Fig. 3A, the RTA is subjected to a substrate temperature of 400 to 1000 ° C, for example, 700 ° C, an oxidation time of 10 to 120 seconds, for example, 20 seconds in an oxygen-containing atmosphere in a heating furnace. By Rapid Thermal Annealing, the entirety of the Ti film 12 is oxidized to form a titanium oxide (TiO x ) film 12a. In addition, the inside of a heating furnace is normal pressure.

그와 같은 조건에 의해 형성된 산화 티탄막(12a)은 가열로에 산소만을 도입함으로써 형성된 산화 티탄막과 비교하여, <200>면 배향 강도가 높아지고, 또한 산화 티탄막(12a)을 구성하는 산화 티탄의 그레인의 어스펙트비도 작아지며, 또한 표면 거칠기도 적어졌다. 어스펙트비는 그레인의 폭에 대한 높이의 비율이다. 산화 티탄막의 상세한 내용에 대해서는 후술하겠다.The titanium oxide film 12a formed under such conditions has a higher <200> plane orientation strength and a titanium oxide film constituting the titanium oxide film 12a compared with the titanium oxide film formed by introducing only oxygen into a heating furnace. The aspect ratio of the grains is also reduced, and the surface roughness is also reduced. The aspect ratio is the ratio of the height to the grain width. Details of the titanium oxide film will be described later.

또, 산화 티탄막(12a)은 후술하는 플래티늄막과 제1 층간 절연막(11)의 밀착층이며, 혹은 후술하는 플래티늄막의 기초층이다. 밀착층은 그 기능으로부터 봤을 때, 수㎚∼50㎚은 필요하게 된다.The titanium oxide film 12a is an adhesion layer between the platinum film and the first interlayer insulating film 11 to be described later, or the base layer of the platinum film to be described later. As for an adhesion layer, several nm-50 nm are needed from the function.

이어서, 도 3의 (b)에 도시한 구조를 형성하기까지의 공정을 설명한다.Next, the process until forming the structure shown to Fig.3 (b) is demonstrated.

우선, 산화 티탄막(12a) 위에 제1 도전막(13)으로서 플래티늄(Pt)막을 형성한다. Pt 막은 기판 온도를 예를 들면 100℃ 이하, 50℃ 이상으로 설정하면서 스퍼터링법에 의해 형성된다. 이 경우, Pt 막의 두께를 100∼300㎚, 예를 들면 150㎚ 정도로 한다. 이 Pt 막의 <222>면 배향 강도는 산화 티탄막(12a)의 <200>면 배향 강도에 의존하여 높아지며, 또한 표면 거칠기도 적어졌다. Pt 막의 상세한 내용에 대해서는 후술하겠다.First, a platinum (Pt) film is formed as the first conductive film 13 on the titanium oxide film 12a. The Pt film is formed by the sputtering method while setting the substrate temperature to, for example, 100 ° C. or lower and 50 ° C. or higher. In this case, the thickness of the Pt film is set to about 100 to 300 nm, for example, about 150 nm. The <222> plane orientation intensity | strength of this Pt film | membrane became high depending on the <200> plane orientation intensity | strength of the titanium oxide film 12a, and surface roughness also became small. Details of the Pt film will be described later.

그 후에, 강유전체막(14)으로서 두께 100∼300㎚의 티탄산지르콘산납(PZT ; Pb(Zr1-xTix)O3)막을 RF 스퍼터링법에 의해 제1 도전막(13) 위에 형성한다. PZT 막을 구성하는 Pb, Zr 및 Ti의 조성은, 예를 들면 Pb/(Zr+Ti) = 1.10∼1.15의 범위가 되도록 한다.Thereafter, a lead zirconate titanate (PZT; Pb (Zr 1-x Ti x ) O 3 ) film having a thickness of 100 to 300 nm is formed as the ferroelectric film 14 on the first conductive film 13 by the RF sputtering method. The composition of Pb, Zr and Ti constituting the PZT film is, for example, in the range of Pb / (Zr + Ti) = 1.10 to 1.15.

또, 강유전체층(14)의 형성 방법은, 그 외에 MOD(metal organic deposition)법, MOCVD(유기 금속 CVD)법, 졸·겔법 등이 있다. 또한, 강유전체층(14)의 재료로는 PZT 외에 PLCSZT, PLZT와 같은 다른 PZT계 재료나, SrBi2Ta2O9(SBT, Y1), SrBi2(Ta, Nb)2O9(SBTN, YZ) 등의 Bi층형상 구조 화합물, 그 밖의 금속 산화물 강유전체를 채용해도 된다.The ferroelectric layer 14 may be formed by a metal organic deposition (MOD) method, an organic metal CVD (MOCVD) method, a sol gel method, or the like. As the material of the ferroelectric layer 14, in addition to PZT, other PZT materials such as PLCSZT and PLZT, SrBi 2 Ta 2 O 9 (SBT, Y1), SrBi 2 (Ta, Nb) 2 O 9 (SBTN, YZ) You may employ | adopt Bi layer structure compounds, such as), and another metal oxide ferroelectric.

이어서, 강유전체막(14)을 구성하는 PZT 막의 결정화 처리로서, 산소 분위기 내에서 온도 585℃ 정도, 90초간 정도의 조건에서 RTA(Rapid Thermal Annealing)를 행한다.Subsequently, RTA (Rapid Thermal Annealing) is performed under a condition of about 585 ° C. for about 90 seconds in an oxygen atmosphere as a crystallization treatment of the PZT film constituting the ferroelectric film 14.

이어서, 강유전체막(14) 위에 제2 도전막(15)으로서 산화이리듐(IrOx)막을 2 단계의 반응성 스퍼터링법에 의해 형성한다. 제1 단계로서, IrOx 막을 25∼100㎚의 두께로 형성한다. 이 경우, 스퍼터링 분위기에 도입하는 가스는 아르곤 가스를 100cc/min. 로 하고, 산소(O2) 가스를 30∼60cc/min. 로 한다. 이 후에, 산소 분위기 내에서 온도 725℃ 정도에서 20 정도의 조건에서, IrOx막에 RTA를 행한다. 또한, 제2 단계로서, 또한 IrOx막을 100∼225㎚의 두께로 형성한다. 이 경우, 스퍼터링 분위기에 도입하는 아르곤 가스와 산소 가스를 동일한 유량으로 한다.Subsequently, an iridium oxide (IrOx) film is formed on the ferroelectric film 14 as the second conductive film 15 by a two-step reactive sputtering method. As a first step, an IrOx film is formed to a thickness of 25 to 100 nm. In this case, the gas introduced into the sputtering atmosphere contains argon gas at 100 cc / min. Oxygen (O 2 ) gas to 30 to 60 cc / min. Shall be. Subsequently, RTA is performed on the IrO x film under a condition of about 20 at a temperature of about 725 ° C. in an oxygen atmosphere. In addition, as a second step, an IrO x film is further formed to a thickness of 100 to 225 nm. In this case, argon gas and oxygen gas introduced into a sputtering atmosphere are made into the same flow volume.

이어서, 도 3의 (c)에 도시한 구도를 형성하기까지의 공정을 설명한다.Next, the process until forming the composition shown in FIG.3 (c) is demonstrated.

우선, 제2 도전막(15)을 패터닝함으로써 메모리 셀 영역 A의 소자 분리 절연막(2) 상방에 복수의 캐패시터 상부 전극(15a)을 형성한다. 계속해서, 강유전체막(14)을 패터닝하여 캐패시터 유전체막(14a)을 형성한다.First, a plurality of capacitor upper electrodes 15a are formed above the element isolation insulating film 2 in the memory cell region A by patterning the second conductive film 15. Subsequently, the ferroelectric film 14 is patterned to form the capacitor dielectric film 14a.

이 후에, 캐패시터 상부 전극(15a), 캐패시터 유전체막(14a) 및 제1 도전막(13) 위에 캐패시터 보호 절연막(16)으로서 알루미나막을 스퍼터링에 의해 약 20∼50㎚ 정도의 두께로 형성한다. 또, 캐패시터 보호 절연막(16)으로는 알루미나막 외에 PZT, 질화 실리콘막, 또는 질화 산화 실리콘막 등을 이용해도 된다.Thereafter, an alumina film is formed on the capacitor upper electrode 15a, the capacitor dielectric film 14a, and the first conductive film 13 as a capacitor protective insulating film 16 by sputtering to a thickness of about 20 to 50 nm. In addition to the alumina film, a PZT, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, or the like may be used as the capacitor protective insulating film 16.

이어서, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 레지스트 마스크(도시하지 않음)를 이용하여 캐패시터 보호 절연막(16), 제1 도전막(13) 및 산화 티탄막(12a)을 패터닝함으로써, 복수의 캐패시터 상부 전극(15a)의 하방에서 워드선(게이트 전극)의 연장 방향으로 신장하는 스트라이프 형상으로 한다. 이에 따라, 제1 도전막(13)으로 이루어지는 캐패시터 하부 전극(13a)이 형성된다. 또, 산화 티탄막(12a)도 캐패시터 하부 전극(13a)의 일부라고 생각해도 된다.Subsequently, as shown in Fig. 4A, the capacitor protective insulating film 16, the first conductive film 13, and the titanium oxide film 12a are patterned using a resist mask (not shown). A stripe shape extends in the extending direction of the word line (gate electrode) below the capacitor upper electrode 15a. As a result, the capacitor lower electrode 13a formed of the first conductive film 13 is formed. The titanium oxide film 12a may also be considered to be part of the capacitor lower electrode 13a.

하나의 캐패시터 상부 전극(15a)과 그 하측의 캐패시터 유전체막(14a)과 캐패시터 하부 전극(13a)에 의해, 하나의 캐패시터 Q가 구성된다.One capacitor Q is constituted by one capacitor upper electrode 15a, a capacitor dielectric film 14a and a capacitor lower electrode 13a below it.

이어서, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 캐패시터 보호 절연막(16), 제1 층간 절연막(11) 및 캐패시터 Q 위에, 제2 층간 절연막(17)으로서 산화 실리콘막을 약 1㎛의 두께로 형성한다. 이 산화 실리콘막은 TEOS를 이용하여 CVD법에 의해 형성된다. 계속해서, 제2 층간 절연막(17)의 상면을 CMP법에 의해 평탄화한다. 이 예에서는, CMP 후의 제2 층간 절연막(17)의 나머지 막 두께는, 메모리 셀 영역 A의 캐패시터 위에서 약 300㎚ 정도로 한다.Subsequently, as shown in FIG. 4B, the silicon oxide film is formed on the capacitor protective insulating film 16, the first interlayer insulating film 11, and the capacitor Q as the second interlayer insulating film 17 to a thickness of about 1 μm. Form. This silicon oxide film is formed by CVD using TEOS. Subsequently, the upper surface of the second interlayer insulating film 17 is planarized by the CMP method. In this example, the remaining film thickness of the second interlayer insulating film 17 after CMP is about 300 nm on the capacitor of the memory cell region A. FIG.

이어서, 도 4의 (c)에 도시한 구조를 형성하기까지의 공정에 대하여 설명한다.Next, the process until forming the structure shown to Fig.4 (c) is demonstrated.

우선, 제2 층간 절연막(17), 제1 층간 절연막(11) 및 커버막(10)을 패터닝함으로써, 제1, 제2 n형 불순물 확산 영역(7a, 7b) 위에 각각 제1, 제2 컨택트홀(17a, 17b)을 형성함과 동시에, 제1, 제2 p형 불순물 확산 영역(8a, 8b) 위에 각각 제3, 제4 컨택트홀(17c, 17d)을 형성한다.First, by patterning the second interlayer insulating film 17, the first interlayer insulating film 11, and the cover film 10, the first and second contacts are respectively formed on the first and second n-type impurity diffusion regions 7a and 7b, respectively. While forming the holes 17a and 17b, the third and fourth contact holes 17c and 17d are formed on the first and second p-type impurity diffusion regions 8a and 8b, respectively.

제1 컨택트홀(17a)은 메모리 셀 영역 A에서의 p 웰(3a)의 양측 가까이에 형성되는 n형 불순물 확산 영역(7a) 위에 형성된다. 또한, 제2 컨택트홀(17b)은 p 웰(3a) 중앙에서 2개의 게이트 전극(5a, 5b) 사이에 개재되는 제2 n형 불순물 확산 영역(7b) 위에 형성된다.The first contact hole 17a is formed over the n-type impurity diffusion region 7a formed near both sides of the p well 3a in the memory cell region A. In addition, the second contact hole 17b is formed on the second n-type impurity diffusion region 7b interposed between the two gate electrodes 5a and 5b at the center of the p well 3a.

계속해서, 제1∼제4 컨택트홀(17a∼17d) 내와 제2 층간 절연막(17) 위에, 막 두께 20㎚의 Ti 막과 막 두께 50㎚의 TiN 막을 스퍼터링에 의해 순서대로 형성하고, 또한 TiN 막 위에 W 막을 CVD법에 의해 형성한다. W 막은 제1∼제4 컨택트홀(17a∼17d) 내를 완전하게 매립하는 두께로 형성된다.Subsequently, a Ti film having a thickness of 20 nm and a TiN film having a thickness of 50 nm are sequentially formed by sputtering in the first to fourth contact holes 17 a to 17 d and on the second interlayer insulating film 17. A W film is formed on the TiN film by the CVD method. The W film is formed to a thickness that completely fills the first to fourth contact holes 17a to 17d.

또한, Ti막, TiN 막 및 W 막을 CMP 법에 의해 연마하여 제2 층간 절연막(17)의 상면으로부터 제거한다. 이에 따라, 제1∼제4 컨택트홀(17a∼17d) 내에 남겨진 Ti막, TiN 막 및 W 막을 각각 제1∼제4 도전성 플러그(18a∼18d)로서 사용한다.Further, the Ti film, the TiN film and the W film are polished by the CMP method and removed from the upper surface of the second interlayer insulating film 17. Accordingly, the Ti film, the TiN film, and the W film left in the first to fourth contact holes 17a to 17d are used as the first to fourth conductive plugs 18a to 18d, respectively.

그 후에, 제1∼제4 도전성 플러그(18a∼18d)와 제2 층간 절연막(17) 위에, 산화 방지막(19)으로서 질화 실리콘막을 형성한다.Thereafter, a silicon nitride film is formed as the antioxidant film 19 on the first to fourth conductive plugs 18a to 18d and the second interlayer insulating film 17.

이어서, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 산화 방지막(19)과 제2 층간 절연막(17)을 패터닝함으로써, 캐패시터 상부 전극(15a) 위와, 캐패시터 하부 전극(13a)의 컨택트 영역 위에 각각 제5, 제6 컨택트홀(19a, 19b)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 5A, the anti-oxidation film 19 and the second interlayer insulating film 17 are patterned, respectively, on the capacitor upper electrode 15a and the contact region of the capacitor lower electrode 13a, respectively. Fifth and sixth contact holes 19a and 19b are formed.

이어서, 산소 분위기 내에서 약 500∼600℃, 60분간의 어닐링에 의해 캐패시터 유전체막(14a)을 구성하는 강유전체막(14)의 결정성을 회복시킨다. 이 경우, 제1∼제4 도전성 플러그(18a∼18d)를 구성하는 텅스텐의 산화는 산화 방지막(19)에 의해 방지된다. 그 후, 산화 방지막(19)은 에치백에 의해 제거된다.Subsequently, the crystallinity of the ferroelectric film 14 constituting the capacitor dielectric film 14a is restored by annealing at about 500 to 600 ° C. for 60 minutes in an oxygen atmosphere. In this case, the oxidation of tungsten constituting the first to fourth conductive plugs 18a to 18d is prevented by the antioxidant film 19. Thereafter, the antioxidant film 19 is removed by the etch back.

이어서, 제2 층간 절연막(17) 위와 제1∼제4 도전성 플러그(18a∼18d) 위에 금속막을 형성한다. 금속막으로서, 제2 층간 절연막(17) 위에서 예를 들면 막 두께 150㎚의 질화 티탄(TiN)막과 막 두께 500㎚의 알루미늄막과 막 두께 5㎚의 Ti 막과 막 두께 100㎚의 TiN 막을 순서대로 형성한다.Next, a metal film is formed on the second interlayer insulating film 17 and on the first to fourth conductive plugs 18a to 18d. As the metal film, for example, a titanium nitride (TiN) film having a thickness of 150 nm, an aluminum film having a thickness of 500 nm, a Ti film having a thickness of 5 nm, and a TiN film having a thickness of 100 nm are formed on the second interlayer insulating film 17. Form in order.

이어서, 금속막을 포토리소그래피법에 의해 패터닝함으로써, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같은 제1∼제4 알루미늄 배선(20a∼20d)과 도전성 패드(20e)를 형성한다.Subsequently, the metal film is patterned by the photolithography method to form the first to fourth aluminum wirings 20a to 20d and the conductive pads 20e as shown in Fig. 5B.

메모리 셀 영역 A 내의 제1 알루미늄 배선(20a)은, 제1 도전성 플러그(18a) 위로부터 제5 컨택트홀(19a) 내로 연장하여 캐패시터 상부 전극(15a)과 제1 도전성 플러그(18a)를 전기적으로 접속한다. 이에 따라, 캐패시터 상부 전극(15a)은 제1 알루미늄 배선(20a)과 제1 도전성 플러그(18a)를 통해 제1 n형 불순물 확산 영역(7a)에 전기적으로 접속된다. 또한, 메모리 셀 영역 A 내의 제2 알루미늄 배선(20b)은 제6 컨택트홀(19b)을 통해 캐패시터 하부 전극(13a)에 접속된다.The first aluminum wiring 20a in the memory cell region A extends from the first conductive plug 18a into the fifth contact hole 19a to electrically connect the capacitor upper electrode 15a and the first conductive plug 18a. Connect. As a result, the capacitor upper electrode 15a is electrically connected to the first n-type impurity diffusion region 7a through the first aluminum wiring 20a and the first conductive plug 18a. In addition, the second aluminum wiring 20b in the memory cell region A is connected to the capacitor lower electrode 13a through the sixth contact hole 19b.

제3, 제4 알루미늄 배선(20c, 20d)은 각각 주변 회로 영역 B의 제3, 제4 도전성 플러그(18c, 18d)를 통해 p형 불순물 확산 영역(8a, 8b)에 전기적으로 접속된다.The third and fourth aluminum wirings 20c and 20d are electrically connected to the p-type impurity diffusion regions 8a and 8b through the third and fourth conductive plugs 18c and 18d of the peripheral circuit region B, respectively.

메모리 셀 영역 A 내의 도전성 패드(20e)는 제2 도전성 플러그(18b) 위에 섬 형상으로 형성되고, 또한 그 상방에 형성되는 비트선(도시되지 않음)에 전기적으로 접속된다. 도전성 패드(20e)와 제2 도전성 플러그(18b)는 비트선과 제2 n형 불순물 확산 영역(7b)을 전기적으로 접속하기 위해 형성된다.The conductive pad 20e in the memory cell region A is formed in an island shape on the second conductive plug 18b and electrically connected to a bit line (not shown) formed thereon. The conductive pad 20e and the second conductive plug 18b are formed to electrically connect the bit line and the second n-type impurity diffusion region 7b.

제1∼제4 배선(20a∼20d) 및 도전성 플러그(20e)를 형성한 후에, 또한 제3 층간 절연막을 형성하고, 도전성 플러그를 형성하고, 또한 제3 층간 절연막 위에 비트선 등을 형성하지만, 그 상세한 내용은 생략한다.After the first to fourth wirings 20a to 20d and the conductive plugs 20e are formed, a third interlayer insulating film is further formed, a conductive plug is formed, and a bit line or the like is formed on the third interlayer insulating film. The details are omitted.

그런데, 상기한 캐패시터 하부 전극(13a)의 기초가 되는 산화 티탄막(12a)의 <200>면 배향 강도는, Ti 막(12)의 산화 조건에 의해 차이가 생기는 것이 실험에 의해 분명해졌다.However, it has been clarified by experiment that the <200> plane orientation strength of the titanium oxide film 12a serving as the basis of the capacitor lower electrode 13a is different depending on the oxidation conditions of the Ti film 12.

우선, 실리콘 기판 위에 형성된 산화 실리콘으로 이루어지는 절연막 위에 티탄막을 20㎚의 두께로 형성한 시료를 복수개 준비하고, 이들 시료의 티탄막을 상압의 로 내에서 다양한 조건에서 산화하여 산화 티탄막을 형성하였다.First, a plurality of samples in which a titanium film was formed to a thickness of 20 nm was prepared on an insulating film made of silicon oxide formed on a silicon substrate, and the titanium film of these samples was oxidized under various conditions in a furnace at atmospheric pressure to form a titanium oxide film.

제1 산화 조건은 기판 온도 700℃, 산소(O2) 가스 유량을 20cc/min., 아르곤 가스 유량을 1980cc/min. 으로하고 산화 시간을 20초로 한다. 제2 산화 조건은 기판 온도 700℃, 산소(O2) 가스 유량을 1000cc/min., 아르곤 가스 유량을 1000cc/min. 로하고 산화 시간을 20초로 한다. 제3 산화 조건은, 기판 온도 700℃, 산소(O2) 가스 유량을 2000cc/min., 아르곤 가스 유량을 0cc/min. 로하고 산화 시간을 20초로 한다.The first oxidation condition was a substrate temperature of 700 ° C., an oxygen (O 2 ) gas flow rate of 20 cc / min., And an argon gas flow rate of 1980 cc / min. The oxidation time is 20 seconds. The second oxidation condition is a substrate temperature of 700 ° C., an oxygen (O 2 ) gas flow rate of 1000 cc / min., And an argon gas flow rate of 1000 cc / min. The oxidation time is 20 seconds. The third oxidation condition is a substrate temperature of 700 ° C., an oxygen (O 2 ) gas flow rate of 2000 cc / min., And an argon gas flow rate of 0 cc / min. The oxidation time is 20 seconds.

즉, 제1∼제3 산화 조건에서는, 산소와 아르곤의 혼합 가스의 총 유량을 일정하게 하고, 혼합 가스 내의 산소 유량비(산소 농도)를 바꾸고, 그 밖의 산화 조건을 동일하게 하였다.That is, in the first to third oxidation conditions, the total flow rate of the mixed gas of oxygen and argon was made constant, the oxygen flow rate ratio (oxygen concentration) in the mixed gas was changed, and the other oxidation conditions were made the same.

제1 산화 조건에서는 산소·아르곤 혼합 가스 내의 산소 유량비는 1%이고, 제2 산화 조건에서는 산소·아르곤 혼합 가스 내의 산소 유량비는 50%이고, 제3 산화 조건에서는 산소 유량비는 100%이다.The oxygen flow rate ratio in the oxygen-argon mixed gas is 1% under the first oxidation condition, the oxygen flow rate ratio in the oxygen-argon mixed gas is 50% under the second oxidation condition, and the oxygen flow rate ratio is 100% under the third oxidation condition.

그리고, 제1∼제3 산화 조건에 의해 형성된 산화 티탄(TiOx)막에 대하여 <200> 배향 강도를 XRD(X-ray diffractometer)법에 의해 조사한 바, 도 6과 같은 결과가 얻어졌다.Then, the <200> orientation strength of the titanium oxide (TiO x ) film formed under the first to third oxidation conditions was examined by XRD (X-ray diffractometer) method, and the result as shown in FIG. 6 was obtained.

도 6의 횡축은 Ti 막의 산화 공정에서의 산소 농도 또는 산소 유량을 도시하고, 종축은 산화 티탄막의 <200>의 XRD 패턴의 반값 폭과, 산화 티탄막의 <200>의 XRD 패턴의 적분 강도를 도시하고 있다.6 shows the oxygen concentration or the oxygen flow rate in the oxidation process of the Ti film, and the vertical axis shows the half width of the XRD pattern of the <200> of the titanium oxide film and the integral strength of the XRD pattern of the <200> of the titanium oxide film. Doing.

도 6에 따르면, 산화 공정에서의 산소 농도의 차이에 의해 <200>의 반값 폭에 큰 차이는 보이지 않고, 제1∼제3 산화 조건에서 형성된 각각의 산화 티탄막에 <200>면이 나타나 있는 것을 알 수 있다. 그러나, 도 6에 따르면, 산소 농도의 차이에 의해 적분 강도가 상위하여 <200>면의 배향 강도가 서로 다른 것이 분명해졌다. 즉, 산소 농도가 낮을수록 <200>면 배향이 강해지는 것을 알 수 있다. 또한, 산소 유량비 50%로서 형성된 산화 티탄막의 적분 강도는, 산소 유량비 100%로서 형성된 산화 티탄막의 적분 강도의 2배 이상으로 되었다. 따라서, 티탄막의 산화 분위기에서의 산소 유량비를 50% 이하, 바람직하게는 1% 이하로 한다. 1% 이하의 산소 유량비이면, 미량이라도 되며, 0%보다도 커도 된다.According to FIG. 6, the difference in the oxygen concentration in the oxidation process does not show a large difference in the half-value width of <200>, and the <200> plane appears on each titanium oxide film formed under the first to third oxidation conditions. It can be seen that. However, according to FIG. 6, it became clear that the integration intensity | strength differs and the orientation intensity | strength of a <200> plane differs by the difference of oxygen concentration. That is, the lower the oxygen concentration, the stronger the <200> plane orientation. In addition, the integral strength of the titanium oxide film formed as the oxygen flow rate ratio 50% was twice or more the integral strength of the titanium oxide film formed as the oxygen flow rate ratio 100%. Therefore, the oxygen flow rate ratio in the oxidizing atmosphere of the titanium film is 50% or less, preferably 1% or less. If it is an oxygen flow rate ratio of 1% or less, it may be a trace amount and may be larger than 0%.

산소 유량비 1%의 산화 조건에서 형성된 산화 티탄막의 그레인 G의 상태를 도시하면 도 7과 같아진다. 또한, 산소 유량비 100%의 산화 조건에서 형성된 산화 티탄막의 그레인 G의 상태를 도시하면 도 8과 같아진다.7 shows the state of the grain G of the titanium oxide film formed under the oxidation condition having an oxygen flow rate ratio of 1%. In addition, the state of the grain G of the titanium oxide film formed on the oxidation conditions of 100% of oxygen flow ratio is shown as FIG.

도 7, 도 8을 비교하면, 산화 티탄막의 그레인 G의 저면 폭 a와 높이 b의 관계에 대하여, 산소 유량비 1%의 산화 조건에서 형성된 산화 티탄의 그레인(입자) G의 크기는 a>b의 관계로 되고, 산소 유량비 100%의 산화 조건에서 형성된 산화 티탄의 그레인 G는 a<b의 관계로 된다. 즉, 산소 유량비 1%의 산화 조건에서 형성된 산화 티탄막의 그레인 G는 산소 유량비 100%의 산화 조건에서 형성된 산화 티탄막의 그레인 G와 비교하여, 상대적으로 사이즈가 크다. 또한, 산소 유량비 100%의 산화 조건에서 형성된 산화 티탄막의 표면은 산소 유량비 1%의 산화 조건에서 형성된 산화 티탄막의 표면보다도 거칠어져 있다. 산화 티탄막의 표면이 평탄해질수록, 그 위의 금속막의 평탄성도 향상한다.7 and 8, when comparing the relationship between the bottom width a and the height b of the grain G of the titanium oxide film, the size of the grains (particles) G of the titanium oxide formed under oxidation conditions of 1% oxygen flow rate ratio is a> b. The grain G of titanium oxide formed on the oxidation conditions of 100% of oxygen flow ratio becomes a <b. That is, the grain G of the titanium oxide film formed under the oxidation condition having an oxygen flow rate ratio of 1% is relatively large in size compared with the grain G of the titanium oxide film formed under the oxidation condition having an oxygen flow rate ratio 100%. In addition, the surface of the titanium oxide film formed under the oxidation condition having an oxygen flow rate ratio of 100% is rougher than the surface of the titanium oxide film formed under the oxidation condition having an oxygen flow rate ratio 1%. As the surface of the titanium oxide film becomes flat, the flatness of the metal film thereon also improves.

또, 도 7, 도 8은 각각 SEM(scanning electron microscope)에 의해 촬영한 사진에 기초하여 도시되어 있다.7 and 8 are shown based on photographs taken with a scanning electron microscope (SEM), respectively.

이어서, 산소 유량비 1%의 산화 조건에서 티탄막을 산화하여 형성된 산화 티탄막 위에 플래티늄막을 형성하였다. 또한, 산소 유량비 100%의 산화 조건에서 티탄막을 산화하여 형성된 산화 티탄막 위에 플래티늄막을 형성하였다. 그리고, 각각의 플래티늄막의 <222>면 배향 강도를 XRD 법에 의해 조사한 바, 도 9에 도시한바와 같은 결과가 얻어졌다. 즉, 산소 유량비 1%의 산화 조건에서 형성된 산화 티탄막 위의 플래티늄막의 <222>의 XRD 패턴의 적분 강도는 910000cps로 되었다. 이것에 대하여, 산소 유량비 100%의 산화 조건에서 형성된 산화 티탄막 위의 플래티늄막의 <222>의 XRD 패턴의 적분 강도는 340000cps로 되었다. 또, <222>면은 (111)면으로도 표시된다.Subsequently, a platinum film was formed on the titanium oxide film formed by oxidizing the titanium film under oxidation conditions of 1% oxygen flow rate. Further, a platinum film was formed on the titanium oxide film formed by oxidizing the titanium film under oxidation conditions of 100% oxygen flow rate. And the <222> plane orientation intensity | strength of each platinum film was investigated by XRD method, and the result as shown in FIG. 9 was obtained. In other words, the integral intensity of the XRD pattern of the platinum film on the titanium oxide film formed under the oxidation condition of 1% oxygen flow rate ratio was 910000 cps. On the other hand, the integral intensity of the XRD pattern of the platinum film on the titanium oxide film formed under the oxidation condition of 100% oxygen flow rate ratio was 340000 cps. The <222> plane is also represented by the (111) plane.

따라서, 도 6, 도 9에 따르면, 플래티늄막의 <222>면 배향 강도는 그 아래의 산화 티탄막의 <200>면 배향 강도에 의존하여 높아지는 것을 알 수 있다.Therefore, according to Figs. 6 and 9, it can be seen that the <222> plane orientation strength of the platinum film increases depending on the <200> plane orientation strength of the titanium oxide film thereunder.

이어서, 캐패시터 하부 전극을 구성하는 플래티늄막의 성장 온도가 FeRAM의 불량율에 어떠한 영향을 미치게 할지에 대하여 실험한 바, 도 10에 도시한 바와 같은 결과가 얻어졌다.Subsequently, experiments were made on how the growth temperature of the platinum film constituting the capacitor lower electrode influences the defective rate of FeRAM, and the results as shown in FIG. 10 were obtained.

불량율은 FeRAM 내의 복수의 캐패시터에 데이터를 기입한 후에, FeRAM을 150℃, 4 시간의 조건으로 가열하고, 계속해서 FeRAM 내의 복수의 캐패시터의 데이터를 예를 들면 85℃의 환경 하에서 읽어 내어, FeRAM 내의 복수의 캐패시터에 어느 정도의 비율로 데이터 판독 불량이 발생했는지를 나타내고 있다. 또, 캐패시터의 유전체막은 PZT로 구성되고, 상부 전극은 산화이리듐으로 구성되어 있다.The defective rate is that after writing data to a plurality of capacitors in the FeRAM, the FeRAM is heated under the condition of 150 ° C for 4 hours, and then the data of the plurality of capacitors in the FeRAM is read under an environment of, for example, 85 ° C, and the inside of the FeRAM The ratio of the data reading failure which the some capacitors generate | occur | produces is shown. The dielectric film of the capacitor is made of PZT, and the upper electrode is made of iridium oxide.

이에 따르면, 100℃에서 형성한 플래티늄의 하부 전극으로 구성되는 캐패시터를 복수개 갖는 제1∼제3 FeRAM은 550℃에서 형성한 플래티늄의 하부 전극으로 구성되는 캐패시터를 복수개 갖는 제4∼제6 FeRAM과 비교하여, 불량율이 대폭 낮아지는 것을 알았다.Accordingly, the first to third FeRAMs having a plurality of capacitors composed of the lower electrodes of platinum formed at 100 ° C are compared with the fourth to sixth FeRAMs having a plurality of capacitors composed of the lower electrodes of platinum formed at 550 ° C. As a result, it was found that the defective rate was significantly lowered.

따라서, 캐패시터 하부 전극이 되는 플래티늄막을 저온에서 형성함으로써,불량율이 작고 수율이 좋은 FeRAM을 형성할 수 있는 것을 알았다. 플래티늄막의 성장 온도는 100℃ 이하에서 50℃ 이상이 바람직하다.Therefore, it was found that by forming the platinum film serving as the capacitor lower electrode at a low temperature, FeRAM having a low defective rate and a good yield can be formed. As for the growth temperature of a platinum film, 50 to 50 degreeC is preferable at 100 degrees C or less.

플래티늄막을 저온에서 형성함으로써 디바이스 불량율을 저감시키는 요인 중 하나로, 하부 전극과 알루미늄 배선의 반응을 예로 들 수 있다.One of the factors that reduce the device failure rate by forming the platinum film at low temperature is a reaction of the lower electrode and the aluminum wiring.

도 11은 모니터용 캐패시터를 위에서 본 평면도로서, 층간 절연막(30) 위에 형성된 플래티늄으로 이루어지는 하부 전극(31) 위에는 PZT 막(도시되지 않음)을 개재하여 상부 전극(32)이 형성되어 있다. 하부 전극(31)은 상부 전극(32)으로부터 가로 방향으로 돌출된 컨택트 영역을 갖고 있다. 또한, 하부 전극(31) 및 상부 전극(32)은 절연막(도시되지 않음)으로 피복되어 있다. 상부 전극(32) 위에는 제1 컨택트홀(34)을 통해 제1 알루미늄 배선(33)이 접속되고, 제1 알루미늄 배선(33)은 제1 모니터 패드(35)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 하부 전극(31)의 컨택트 영역에는, 제2 컨택트홀(36)을 통해 제2 알루미늄 배선(37)이 접속되고, 제2 알루미늄 배선(37)은 제2 모니터 패드(38)에 전기적으로 접속되어 있다. 제1 및 제2 알루미늄 배선(33, 37)은 알루미늄막을 상하로부터 질화 티탄막을 사이에 둔 3층 구조를 갖고 있다. 또, 하부 전극(31)과 층간 절연막(30) 사이에는 상기한 산화 티탄막(도시되지 않음)이 형성되어 있다.FIG. 11 is a plan view of the monitor capacitor viewed from above, and the upper electrode 32 is formed on the lower electrode 31 made of platinum formed on the interlayer insulating film 30 via a PZT film (not shown). The lower electrode 31 has a contact region protruding in the horizontal direction from the upper electrode 32. In addition, the lower electrode 31 and the upper electrode 32 are covered with an insulating film (not shown). The first aluminum wiring 33 is connected to the upper electrode 32 via the first contact hole 34, and the first aluminum wiring 33 is electrically connected to the first monitor pad 35. In addition, the second aluminum wiring 37 is connected to the contact region of the lower electrode 31 through the second contact hole 36, and the second aluminum wiring 37 is electrically connected to the second monitor pad 38. Connected. The first and second aluminum wirings 33 and 37 have a three-layer structure in which an aluminum film is sandwiched from above and below a titanium nitride film. The titanium oxide film (not shown) is formed between the lower electrode 31 and the interlayer insulating film 30.

스퍼터링에 의해 성막 온도(기판 온도) 550℃에서 형성된 플래티늄으로 구성한 하부 전극(31)을 갖는 캐패시터를 Q1로 한다. 또한, 스퍼터링에 의해 성막 온도 100℃에서 형성된 플래티늄으로 구성한 하부 전극(31)을 갖는 캐패시터를 Q2로 한다.A capacitor having a lower electrode 31 composed of platinum formed at a film formation temperature (substrate temperature) 550 ° C. by sputtering is referred to as Q 1 . Further, a capacitor having a lower electrode 31 composed of a platinum formed on the film forming temperature is 100 ℃ by sputtering to Q 2.

그리고, 캐패시터 Q1을 370℃, 0.5 시간의 조건으로 가열한 후에 현미경으로 위에서 관찰한 바, 도 12의 (a)에 도시한 바와 같이 하부 전극(31)과 제2 알루미늄 배선(37)의 컨택트 영역이 변색하였다. 이것에 대하여, 캐패시터 Q2를 370℃, 0.5 시간의 조건으로 가열한 후에 현미경으로 위에서 관찰한 바, 도 12의 (b)에 도시한 바와 같이, 하부 전극(31)과 제2 알루미늄 배선(37)의 컨택트 영역은 초기 상태로부터 변화가 보이지 않았다.Then, the capacitor Q 1 was heated at 370 ° C. for 0.5 hour and then observed from above with a microscope. As shown in FIG. 12A, the contact between the lower electrode 31 and the second aluminum wiring 37 was observed. The area is discolored. In contrast, when the capacitor Q 2 was heated at 370 ° C. for 0.5 hour and observed from above under a microscope, as shown in FIG. 12B, the lower electrode 31 and the second aluminum wiring 37 were formed. ) Showed no change from the initial state.

성막 550℃에서 형성한 플래티늄으로 하부 전극(31)을 구성한 캐패시터 Q1에 있어서, 알루미늄 배선(37)의 하층부를 구성하는 질화 티탄막을 통해 알루미늄막이 하부 전극(31)과 반응함으로써 컨택트 영역의 색이 변화했다고 생각되어진다.In the capacitor Q 1 in which the lower electrode 31 is formed of platinum formed at 550 ° C., the aluminum film reacts with the lower electrode 31 through the titanium nitride film constituting the lower layer of the aluminum wiring 37 so that the color of the contact region is reduced. It seems to have changed.

그래서, 성막 온도 550℃에서 형성된 플래티늄의 하부 전극을 갖는 캐패시터를 약 370℃에서 가열한 후에, 하부 전극과 알루미늄 배선과의 컨택트 부분의 단면을 조사한 바, 도 13에 도시한 바와 같았다.Therefore, after heating the capacitor having the lower electrode of platinum formed at the film forming temperature of 550 ° C. at about 370 ° C., the cross section of the contact portion between the lower electrode and the aluminum wiring was examined, as shown in FIG. 13.

도 13에서, 산화 실리콘으로 이루어지는 제1 절연막(40) 위에는 캐패시터의 하부 전극(41)이 형성되고, 하부 전극(41) 및 제1 절연막(40) 위에 산화 실리콘으로 이루어지는 제2 절연막(42)이 형성되고, 제2 절연막(42) 중 하부 전극(41)의 컨택트 영역 위에 컨택트홀(43)이 형성되어 있다. 하부 전극(41)과 제1 절연막(40) 사이에는 아르곤과 산소의 혼합 가스 분위기에서 티탄막을 산화하여 이루어지는 산화 티탄막(44)이 형성되어 있다. 또한, 컨택트홀(43) 내와 제2 절연막(42) 위에는알루미늄막(46a)을 상하로부터 질화 티탄막(도전성 기초막 : 46b, 46c)을 사이에 둔 구조의 알루미늄 배선(46)이 형성되고, 알루미늄 배선(46)은 컨택트홀(43)을 통해 하부 전극(41)에 접속되어 있다. 또, 컨택트홀(43)의 바닥부에서, 알루미늄 배선(46)을 구성하는 하측의 질화 티탄막(46b)의 막 두께는 약 150㎚이다.In FIG. 13, the lower electrode 41 of the capacitor is formed on the first insulating film 40 made of silicon oxide, and the second insulating film 42 made of silicon oxide is formed on the lower electrode 41 and the first insulating film 40. The contact hole 43 is formed on the contact region of the lower electrode 41 of the second insulating film 42. A titanium oxide film 44 formed by oxidizing the titanium film in a mixed gas atmosphere of argon and oxygen is formed between the lower electrode 41 and the first insulating film 40. Further, in the contact hole 43 and on the second insulating film 42, an aluminum wiring 46 having a structure in which an aluminum film 46a is interposed between the titanium nitride films (conductive base films: 46b and 46c) is formed. The aluminum wiring 46 is connected to the lower electrode 41 via the contact hole 43. In the bottom portion of the contact hole 43, the film thickness of the lower titanium nitride film 46b constituting the aluminum wiring 46 is about 150 nm.

그와 같은 컨택트홀(43)의 바닥부에서, 알루미늄막(46a)은 질화 티탄막(46b)을 통해 하부 전극(41)과 반응하여 알루미늄과 플래티늄의 반응 생성물(47)이 형성되었다. 반응 생성물(47)의 체적이 증가하면, 하부 전극(41)의 컨택트 영역 주위에서 제2 절연막(42)이 부상하여 하부 전극(41)과 알루미늄 배선(46)이 컨택트 불량이 될 우려가 있다.At the bottom of such a contact hole 43, the aluminum film 46a reacted with the lower electrode 41 through the titanium nitride film 46b to form a reaction product 47 of aluminum and platinum. When the volume of the reaction product 47 increases, there is a fear that the second insulating film 42 floats around the contact region of the lower electrode 41 and the lower electrode 41 and the aluminum wiring 46 may become poor in contact.

이것에 대하여, 성막 온도(기판 온도) 100℃에서 형성된 플래티늄의 하부 전극(41a)을 갖는 캐패시터를 370℃에서 가열한 후의 하부 전극(41a)과 알루미늄 배선(46)과의 컨택트 부분의 단면을 조사한 바, 도 14에 도시한 바와 같이 되었다. 도 14에서, 알루미늄 배선(46)과 하부 전극(41a) 사이에는 반응 생성물은 형성되어 있지 않았다. 또, 도 14에서 도 13과 동일한 부호는 동일한 요소를 도시하고 있다.On the other hand, the cross section of the contact part of the lower electrode 41a and the aluminum wiring 46 after heating the capacitor which has the lower electrode 41a of platinum formed at film-forming temperature (substrate temperature) 100 degreeC at 370 degreeC was investigated. The bar is as shown in FIG. In Fig. 14, no reaction product is formed between the aluminum wiring 46 and the lower electrode 41a. In addition, in FIG. 14, the same code | symbol as FIG. 13 has shown the same element.

그런데, 플래티늄막은 성막 온도를 낮추어 형성함으로써, 플래티늄막의 수소 촉매 효과가 저감된다. 따라서, 낮은 성막 온도, 예를 들면 100℃ 이하에서 형성된 플래티늄으로 이루어지는 하부 전극을 갖는 강유전체 캐패시터는 환원 작용에 의한 열화가 억제되어, 디바이스의 불량율이 저감된다.By the way, the platinum film is formed by lowering the film formation temperature, so that the hydrogen catalyst effect of the platinum film is reduced. Therefore, the ferroelectric capacitor having a lower electrode made of platinum formed at a low film forming temperature, for example, 100 ° C. or less, is suppressed from deterioration due to the reducing action, and the defective rate of the device is reduced.

또, 상기한 실시예에서는 캐패시터 하부 전극(13a)을 플래티늄으로 구성했지만, 이리듐으로 구성해도 된다. 그 이리듐의 <222>면의 배향 강도도, 플래티늄과 마찬가지로, 산화 티탄(12a)의 <200>면의 배향 강도에 의존한다. 또한, 상기한 실시예에서는 티탄막을 산화하는 분위기 내에 아르곤을 도입했지만, 질소, 헬륨, 네온, 기타 어느 하나의 불활성 가스를 도입해도 된다.In the above embodiment, the capacitor lower electrode 13a is made of platinum, but may be made of iridium. The orientation strength of the <222> plane of this iridium also depends on the orientation strength of the <200> plane of the titanium oxide 12a similarly to platinum. In addition, although argon was introduce | transduced in the atmosphere which oxidizes a titanium film in the said Example, you may introduce nitrogen, helium, neon, and any other inert gas.

(부기 1) 반도체 기판의 상방에 형성된 제1 절연막과,(Supplementary Note 1) A first insulating film formed above the semiconductor substrate;

상기 제1 절연막 위에 형성되어, 폭이 높이보다 큰 그레인의 티탄 산화물로 이루어지는 밀착층과,An adhesion layer formed on the first insulating film, the adhesion layer comprising grained titanium oxide having a width greater than that of the height;

상기 밀착층 위에 형성된 귀금속을 포함하는 캐패시터 하부 전극과,A capacitor lower electrode including a noble metal formed on the adhesion layer;

상기 캐패시터 하부 전극 위에 형성된 강유전체 재료로 이루어지는 캐패시터 유전체막과,A capacitor dielectric film made of a ferroelectric material formed on the capacitor lower electrode;

상기 캐패시터 유전체막 위에 형성된 캐패시터 상부 전극A capacitor upper electrode formed on the capacitor dielectric layer

을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.It has a semiconductor device characterized by the above-mentioned.

(부기 2) 상기 밀착층의 막 두께는 50㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재된 반도체 장치.(Supplementary Note 2) The semiconductor device according to Supplementary Note 1, wherein the adhesion layer has a thickness of 50 nm or less.

(부기 3) 상기 제1 절연막은 실리콘 산화막인 것을 특징으로 하는 부기 1 또는 부기 2에 기재된 반도체 장치.(Supplementary Note 3) The semiconductor device according to Supplementary Note 1 or 2, wherein the first insulating film is a silicon oxide film.

(부기 4) 상기 귀금속은 플래티늄, 이리듐 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 부기 1 내지 부기 3 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.(Supplementary Note 4) The semiconductor device according to any one of Supplementary Notes 1 to 3, wherein the precious metal is either platinum or iridium.

(부기 5) 상기 강유전체 재료는 PZT계, SBT, Bi계 층형상 화합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 부기 1 내지 부기 4 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.(Supplementary Note 5) The semiconductor device according to any one of Supplementary Notes 1 to 4, wherein the ferroelectric material is any one of a PZT-based, SBT, and Bi-based layered compound.

(부기 6) 상기 캐패시터 상부 전극, 상기 캐패시터 유전체막 및 상기 캐패시터 하부 전극을 피복하는 제2 절연막과,(Supplementary Note 6) a second insulating film covering the capacitor upper electrode, the capacitor dielectric film, and the capacitor lower electrode;

상기 제2 절연막 내에서 상기 캐패시터 하부 전극 위에 형성된 컨택트홀과,A contact hole formed on the capacitor lower electrode in the second insulating layer;

상기 제2 절연막 위에 형성되면서 상기 컨택트홀 내를 통해 상기 캐패시터 하부 전극에 접속되는 알루미늄 함유 배선Aluminum-containing wiring formed on the second insulating film and connected to the capacitor lower electrode through the contact hole.

을 더 갖는 것을 특징으로 하는 부기 1 내지 부기 5 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.The semiconductor device according to any one of Supplementary Notes 1 to 5, further comprising:

(부기 7) 상기 반도체 기판의 표층에 형성된 불순물 확산 영역과,(Supplementary Note 7) an impurity diffusion region formed in the surface layer of the semiconductor substrate;

상기 알루미늄 배선 하방의 상기 제2 절연막 내에 형성된 홀과, 상기 홀 내에 형성되어 상기 알루미늄 배선과 상기 불순물 확산 영역을 전기적으로 접속하기 위한 도전성 플러그A conductive plug formed in the second insulating film under the aluminum wiring and in the hole to electrically connect the aluminum wiring and the impurity diffusion region;

를 더 갖는 것을 특징으로 하는 부기 6에 기재된 반도체 장치.The semiconductor device according to Appendix 6, further comprising:

(부기 8) 반도체 기판의 상방에 제1 절연막을 형성하는 공정과,(Supplementary Note 8) forming a first insulating film above the semiconductor substrate;

상기 제1 절연막 위에 티탄막을 형성하는 공정과,Forming a titanium film on the first insulating film;

산소 가스 유량비를 50% 이하로 하여 도입한 분위기 내에서 상기 티탄막을 산화하여 산화 티탄막을 형성하는 공정과,Oxidizing the titanium film to form a titanium oxide film in an atmosphere introduced at an oxygen gas flow rate of 50% or less;

상기 산화 티탄막 위에 귀금속으로 이루어지는 제1 도전막을 형성하는 공정과,Forming a first conductive film made of a noble metal on the titanium oxide film;

상기 제1 도전막 위에 강유전체막을 형성하는 공정과,Forming a ferroelectric film on the first conductive film;

상기 강유전체막 위에 제2 도전막을 형성하는 공정과,Forming a second conductive film on the ferroelectric film;

상기 제2 도전막을 패터닝함으로써 캐패시터의 상부 전극을 형성하는 공정과,Forming an upper electrode of the capacitor by patterning the second conductive film;

상기 강유전체막을 패터닝함으로써 상기 캐패시터의 유전체막을 형성하는 공정과,Forming a dielectric film of the capacitor by patterning the ferroelectric film;

상기 제1 도전막을 패터닝함으로써 상기 캐패시터의 하부 전극을 형성하는 공정Forming a lower electrode of the capacitor by patterning the first conductive layer

을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.Method for manufacturing a semiconductor device comprising a.

(부기 9) 상기 산소 가스 유량비는 1% 이하에서 상기 분위기 내에 도입되는 것을 특징으로 하는 부기 8에 기재된 반도체 장치의 제조 방법.(Supplementary Note 9) The method for manufacturing a semiconductor device according to Supplementary Note 8, wherein the oxygen gas flow rate ratio is introduced into the atmosphere at 1% or less.

(부기 10) 상기 분위기 내에는, 상기 산소 외에 불활성 가스가 도입되는 것을 특징으로 하는 부기 8 또는 부기 9에 기재된 반도체 장치의 제조 방법.(Supplementary Note 10) The method for manufacturing a semiconductor device according to Supplementary Note 8 or 9, wherein an inert gas is introduced into the atmosphere in addition to the oxygen.

(부기 11) 상기 제1 도전막을 구성하는 상기 귀금속의 형성은 100℃ 이하의 온도에서 플래티늄막을 형성하는 것을 특징으로 하는 부기 8 내지 부기 10 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법.(Supplementary Note 11) The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of Supplementary Notes 8 to 10, wherein the formation of the noble metal constituting the first conductive film forms a platinum film at a temperature of 100 ° C or lower.

(부기 12) 상기 제1 절연막의 형성은 TEOS를 이용하여 산화 실리콘막을 형성하는 공정인 것을 특징으로 하는 부기 8 내지 부기 11 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법.(Supplementary Note 12) The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of Supplementary Notes 8 to 11, wherein the formation of the first insulating film is a step of forming a silicon oxide film using TEOS.

(부기 13) 상기 강유전체막은 PZT계, SBT, Bi계 층형상 화합물 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 부기 8 내지 부기 12 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법.(Supplementary Note 13) The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of Supplementary Notes 8 to 12, wherein the ferroelectric film is composed of any one of PZT-based, SBT, and Bi-based layered compounds.

(부기 14) 상기 산화 티탄막을 패터닝함으로써 상기 하부 전극과 동일한 평면 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 부기 8 내지 부기 13 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법.(Supplementary Note 14) The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of Supplementary Notes 8 to 13, wherein the titanium oxide film is patterned to form the same planar shape as the lower electrode.

(부기 15) 제2 절연막을 상기 제1 절연막 위와 상기 캐패시터 위에 형성하는 공정과,(Supplementary Note 15) forming a second insulating film on the first insulating film and on the capacitor;

상기 제2 절연막을 패터닝함으로써, 상기 하부 전극 내에서 상기 상부 전극으로부터 돌출된 영역 위에 홀을 형성하는 공정과,Patterning the second insulating film to form a hole in a region protruding from the upper electrode in the lower electrode;

상기 홀 내를 통해 상기 하부 전극에 접속되는 알루미늄 함유 배선을 상기 제2 절연막 위에 형성하는 공정Forming an aluminum-containing wiring on the second insulating film that is connected to the lower electrode through the hole;

을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부기 8 내지 부기 14 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법.The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of Supplementary Notes 8 to 14, further comprising.

(부기 16) 상기 제2 절연막을 형성하기 전에, 상기 캐패시터를 피복하는 캐패시터 보호막을 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부기 15에 기재된 반도체 장치의 제조 방법.(Supplementary Note 16) The method of manufacturing the semiconductor device according to Supplementary note 15, further comprising the step of forming a capacitor protective film covering the capacitor before forming the second insulating film.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 캐패시터를 구성하는 귀금속으로 이루어지는 하부 전극과 절연막 사이에, 폭이 높이보다 큰 그레인 사이즈의 티탄 산화물로 이루어지는 밀착층을 형성하고 있으므로, 밀착층의 <200>면의 배향 강도를 높이고, 평탄성을 향상시킬 수 있으며, 밀착층 위에 형성되는 하부 전극의 평탄성도 좋아져 하부 전극과 배선과의 컨택트를 양호하게 할 수 있다.As described above, according to the present invention, an adhesion layer made of titanium oxide having a grain size larger than the height is formed between the lower electrode made of the noble metal constituting the capacitor and the insulating film. The orientation strength can be increased, the flatness can be improved, and the flatness of the lower electrode formed on the adhesion layer can also be improved, so that the contact between the lower electrode and the wiring can be improved.

또한, 밀착층의 <200>면 배향 강도가 높아질수록, 그 위에 형성되는 하부 전극용 금속막의 <222>면 배향 강도가 높아지므로, 하부 전극 위에 형성되는 강유전체막의 막질을 향상시킬 수 있다.In addition, the higher the <200> plane orientation strength of the adhesion layer, the higher the <222> plane orientation strength of the lower electrode metal film formed thereon, so that the film quality of the ferroelectric film formed on the lower electrode can be improved.

또한, 캐패시터 하부 전극을 플래티늄막으로 구성하는 경우에, 플래티늄막을 100℃ 이하의 온도에서 스퍼터링법에 의해 형성하면, 도전성 기초막을 개재하여 캐패시터 하부 전극 위에 형성되는 알루미늄막은 캐패시터 하부 전극과의 컨택트가 양호해진다.In the case where the capacitor lower electrode is composed of a platinum film, when the platinum film is formed by the sputtering method at a temperature of 100 ° C. or lower, the aluminum film formed on the capacitor lower electrode via the conductive base film has good contact with the capacitor lower electrode. Become.

Claims (7)

반도체 기판의 상방에 형성된 제1 절연막과,A first insulating film formed above the semiconductor substrate, 상기 제1 절연막 위에 형성되고, 폭이 높이보다 큰 그레인의 티탄 산화물로 이루어지는 밀착층과,An adhesion layer formed on the first insulating film and composed of grained titanium oxide having a width greater than that of height; 상기 밀착층 위에 형성된 귀금속을 포함하는 캐패시터 하부 전극과,A capacitor lower electrode including a noble metal formed on the adhesion layer; 상기 캐패시터 하부 전극 위에 형성된 강유전체 재료로 이루어지는 캐패시터 유전체막과,A capacitor dielectric film made of a ferroelectric material formed on the capacitor lower electrode; 상기 캐패시터 유전체막 위에 형성된 캐패시터 상부 전극A capacitor upper electrode formed on the capacitor dielectric layer 을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.A semiconductor device comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 밀착층의 막 두께는 50㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The film thickness of the adhesion layer is 50 nm or less. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 캐패시터 상부 전극, 상기 캐패시터 유전체막 및 상기 캐패시터 하부 전극을 피복하는 제2 절연막과,A second insulating film covering the capacitor upper electrode, the capacitor dielectric layer, and the capacitor lower electrode; 상기 제2 절연막 내에서 상기 캐패시터 하부 전극 위에 형성된 컨택트홀과,A contact hole formed on the capacitor lower electrode in the second insulating layer; 상기 제2 절연막 위에 형성되고 또한 상기 컨택트홀 내를 통해 상기 캐패시터 하부 전극에 접속되는 알루미늄 함유 배선Aluminum-containing wiring formed on the second insulating film and connected to the capacitor lower electrode through the contact hole. 을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.A semiconductor device comprising a. 반도체 기판의 상방에 제1 절연막을 형성하는 공정과,Forming a first insulating film above the semiconductor substrate; 상기 제1 절연막 위에 티탄막을 형성하는 공정과,Forming a titanium film on the first insulating film; 산소 가스 유량비를 50% 이하로 하여 도입한 분위기 내에서 상기 티탄막을 산화하여 산화 티탄막을 형성하는 공정과,Oxidizing the titanium film to form a titanium oxide film in an atmosphere introduced at an oxygen gas flow rate of 50% or less; 상기 산화 티탄막 위에 귀금속으로 이루어지는 제1 도전막을 형성하는 공정과,Forming a first conductive film made of a noble metal on the titanium oxide film; 상기 제1 도전막 위에 강유전체막을 형성하는 공정과,Forming a ferroelectric film on the first conductive film; 상기 강유전체막 위에 제2 도전막을 형성하는 공정과,Forming a second conductive film on the ferroelectric film; 상기 제2 도전막을 패터닝함으로써 캐패시터의 상부 전극을 형성하는 공정과,Forming an upper electrode of the capacitor by patterning the second conductive film; 상기 유전체막을 패터닝함으로써 상기 캐패시터의 유전체막을 형성하는 공정과,Forming a dielectric film of the capacitor by patterning the dielectric film; 상기 제1 도전막을 패터닝함으로써 상기 캐패시터의 하부 전극을 형성하는 공정Forming a lower electrode of the capacitor by patterning the first conductive layer 을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.Method for manufacturing a semiconductor device comprising a. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 산소 가스 유량비는 1% 이하로 상기 분위기 내에 도입되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.The oxygen gas flow rate ratio is introduced to the atmosphere at 1% or less, the manufacturing method of a semiconductor device. 제4항 또는 제5항에 있어서,The method according to claim 4 or 5, 상기 분위기 내에는, 상기 산소 외에 불활성 가스가 도입되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.An inert gas other than the oxygen is introduced into the atmosphere, wherein the semiconductor device is produced. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 4 to 6, 상기 제1 도전막을 구성하는 상기 귀금속의 형성은 100℃ 이하의 온도에서 플래티늄막을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.The formation of the noble metal constituting the first conductive film forms a platinum film at a temperature of 100 ° C. or less.
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